(57)【要約】【課題】光量を減衰させ光の透過率が場所によって異なるフィルター部材を用いる光量調整装置において、フィルター部材の微小な厚み成分の影響による光学性能劣化を低減し、良好な光量調整を行うことが可能となる光量調整装置、光学装置（レンズ装置）および撮影装置を提供する。【解決手段】複数の絞り羽根Ｓ１１，Ｓ１２で構成された絞りと、前記複数の絞り羽根の少なくとも１つに固定され、前記開口を通過する光の光量を減衰するために用いられる光の透過率が場所によって異なるフィルター部材Ｐ１とを備え、前記複数の絞り羽根の相対的な移動によって前記開口の開口領域における面積を変化させて光量を調整する光量調整装置において、前記フィルター部材は、前記絞りの開放状態において前記開口の光軸を含む一部の開口領域を覆うように配置されている構成とする。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開口を形成するための複数の絞り羽根で構成された絞りと、
前記複数の絞り羽根の少なくとも１つに固定され、前記開口を通過する光の光量を減衰するために用いられる光の透過率が場所によって異なるフィルター部材とを備え、前記複数の絞り羽根の相対的な移動によって前記開口の開口領域における面積を変化させて光量を調整する光量調整装置において、
前記フィルター部材は、前記絞りの開放状態において前記開口の光軸を含む一部の開口領域を覆うように配置されていることを特徴とする光量調整装置。
【請求項２】
前記フィルター部材は、前記開口領域の面積の５１％以上を覆うことを特徴とする請求項１に記載の光量調整装置。
【請求項３】
前記フィルター部材は、前記開口領域の面積の５１％以上９５％以下を覆うことを特徴とする請求項１に記載の光量調整装置。
【請求項４】
前記フィルター部材は、多層膜によって形成された透過率が異なる複数の領域を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光量調整装置。
【請求項５】
前記多層膜は、反射を低減させる層を有することを特徴とする請求項４に記載の光量調整装置。
【請求項６】
前記多層膜は、透過波面位相差を｛１±（１／５）｝λ又は｛２±（１／５）｝λの範囲となるように設定するための層を有することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の光量調整装置。
【請求項７】
前記フィルター部材は、該フィルター部材の最も透過率が高い部分の透過率が７５％以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光量調整装置。
【請求項８】
前記フィルター部材は、該フィルター部材の最も透過率が高い部分の透過率が９０％以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光量調整装置。
【請求項９】
前記フィルター部材は、前記光軸に対し斜めに配置されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の光量調整装置。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の光量調整装置を有する光学系を備えたことを特徴とする光学装置。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の光量調整装置を有する撮影光学系を備えたことを特徴とする撮影装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮影装置に好適な光量調整装置、光学装置（レンズ装置）および撮影装置に関し、特に画素ピッチの小さな撮像素子においても光学性能の劣化を抑制することが可能な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ビデオカメラ等の撮影装置の撮影光学系には、複数枚の絞り羽根で形成する開口径を変化させて光量を調整する光量調整装置が使用されている。このような絞り装置では、開口径が小さくなりすぎると光の回折による光学性能劣化が問題となる。
そこで、明るい被写体条件でも開口径が小さくなり過ぎないようにするため、絞り羽根とＮＤ（Ｎｅｕｔｒａｌ  Ｄｅｎｓｉｔｙ）フィルターを併用した光量調整装置が提案され実用化されている。
例えば、特許文献１には、絞り羽根で形成される開口内に位置するようにＮＤフィルターが絞り羽根に貼付けられ、ＮＤフィルターはそれぞれ均一な透過率に設定された複数の領域を有し、開口の外側から内側に向かって順に透過率が大きくなるよう設定した絞り装置が開示されている。
また、特許文献２には、開放から所定の開口面積までは機械的な絞り羽根を移動させ、一定の絞り値以下の小絞り制御は濃淡によって透過率が連続的に変化しているＮＤフィルターを透過率の高いフィルター部から順に開口に進入させる絞り装置が開示されている。
また、特許文献３には、複数の濃度領域を有するＮＤフィルターの透過率が与える光学性能への影響を説明し、対策を施した露出制御機構を有する撮像装置が開示されている。
【０００３】
これら従来のものにおいては、開放から小絞りに至るまでの中間絞り状態での光学性能劣化の主因は、絞り羽根により形成される開口部を覆うＮＤフィルター透過率の差に起因する回折の影響が支配的と考えられており、複数の濃度領域を有するＮＤフィルターの各領域の透過率や面積に着目した回折の影響への対策が採られるものであった。
さらに、ＮＤフィルターを用いた従来例として、例えば特許文献４では、ＮＤフィルターを２枚使用し、前記ＮＤフィルター相互の反射で発生するゴーストを排除するために、互いのＮＤフィルターを平行にならないようにしたものが開示されている。
また、特許文献５では、ＮＤフィルターは網点を多数形成してフィルターを作成するものが開示されている。
【０００４】
ところで、中間絞り状態での光学性能劣化の原因は、上記従来例が問題としているＮＤフィルター透過率差に起因する回折の影響だけでなく、ＮＤフィルターの厚み成分に起因する透過波面位相差も大きく影響している。
このように、絞り開口部の一部を厚みのあるフィルターが覆うと、光学性能が劣化することは経験的に知られており、それらについては特許文献６、特許文献７、特許文献８等にに開示されている。しかしながら、そこではフィルターの厚み成分がどのように光学性能に影響するかについては解析されているが、それを光学系内に配置するときのより最適な対策については開示されていない。
【０００５】
これに対して、ＮＤフィルターの厚みが光学性能に与える影響への回避策として、特許文献９では、透明な部分と透過率が連続的または段階的に変化する部分を有するＮＤフィルターを固定の円形絞り開口を全て覆う状態で可動させ、透過光量を調整する構成が提案されている。
【特許文献１】特許第２５９２９４９号公報
【特許文献２】特開昭５２−１１７１２７号公報
【特許文献３】特開２０００−１０６６４９号公報
【特許文献４】特開平５−２８１５９１号公報
【特許文献５】特開２０００−３５２７３６号公報
【特許文献６】特開２００３−１２１９００号公報
【特許文献７】特開２００３−２４０９１９号公報
【特許文献８】特開２００３−２４１２５４号公報
【特許文献９】特開平６−２６５９７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献９では、透明な部分と透過率が連続的または段階的に変化する部分を有するＮＤフィルターを用い、このＮＤフィルターによって固定の円形絞り開口を全て覆う状態で可動させて透過光量を調整するものであることから、このＮＤフィルターによってこの絞り開口の全てが覆われ、そのため透過率が低下するという問題を有している。
【０００７】
そこで本発明は、光量を減衰させ光の透過率が場所によって異なるフィルター部材を用いる光量調整装置において、フィルター部材の微小な厚み成分の影響による光学性能劣化を低減し、良好な光量調整を行うことが可能となる光量調整装置、光学装置（レンズ装置）および撮影装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、以下のように構成した光量調整装置、光学装置（レンズ装置）および撮影装置を提供するものである。
すなわち、本発明の光量調整装置は、開口を形成するための複数の絞り羽根で構成された絞りと、
前記複数の絞り羽根の少なくとも１つに固定され、前記開口を通過する光の光量を減衰するために用いられる光の透過率が場所によって異なるフィルター部材とを備え、前記複数の絞り羽根の相対的な移動によって前記開口の開口領域における面積を変化させて光量を調整する光量調整装置において、前記フィルター部材は、前記絞りの開放状態において前記開口の光軸を含む一部の開口領域を覆うように配置されていることを特徴としている。従来のものでは、前記フィルターが絞りの中に進入してくる際に、該フィルターの厚みによって、フィルターを通過する光とフィルターが無い部分を通過する光とで現象が異なる。そのため、像面上に形成される画質に影響が発生し、不具合が生じることとなる。これに対して、本発明の上記構成によれば、該フィルター部材が絞り開放時に撮影レンズの光軸を横断して覆うこととなり、レンズの主光線がフィルター側を通過するので、フィルターが無い側の影響が少なくなり、これにより画質劣化が少なくなる。具体的には該フィルター部材が絞り開放時に開口面積の５１％以上を覆う設定にすることにより、フィルターが無い部分を通過する光の影響が少なくなり、結像性能の悪化を防ぐことが可能となる。また、解放から絞っていく場合は更に開口面積に対するフィルター部の面積が増加するので良好な状態になっていく。
また更に、該フィルター部材が絞り開放時に開口面積の５１％以上９５％以下を覆うことが望ましい。
また、前記フィルター部材は、フィルターの場所によって透過率が異なるような構成にすることで、単一濃度のフィルターのようなフィルターが無い部分を通過する光量と有る部分を通過する光量との差が大きく発生することを防止することができ、撮影した画面での光量ムラの発生をなくすことが可能となる。
更に、このような光量ムラの発生をなくすためには、フィルターの濃度が前記フィルターを挿入する方向に対して緩やかに変化することが望ましい。
また、本発明の光量調整装置は、前記フィルター部材を、多層膜によって形成された透過率が異なる複数の領域を有する構成を採ることができる。このようにフィルター部材を多層膜で作ることにより、フィルターで濃度変化を作る場合、濃度変化をある程度自由に制御でき、また濃度をつけるために必要なフィルターの厚さを薄くすることが可能となる。これにより、撮影光学系に挿入される前記フィルターが及ぼす影響が少なくなり、光学性能の劣化を少なくすることができる。また、前記多層膜は反射を低減させる層を有する構成とすることが望ましい。従来、撮影光学系内にフィルターのような平面板が存在すると、ゴーストやフレアーの原因となっていた。そこで前記フィルターを多層膜構成にすることにより反射防止膜を構成して、ゴーストやフレアーを低減することが可能になる。
さらに、微小な厚み成分の影響による光学性能劣化を低減するための適切な透過波面位相差とするため、前記多層膜に該透過波面位相差を｛１±（１／５）｝λ又は｛２±（１／５）｝λの範囲となるように設定するための層を構成することができる。
また、開口面積の５１％以上を覆うフィルターの透過率が低いとレンズ全体の透過光量が減少し、ＴＮｏが暗くなり好ましくない。このため、前記フィルター部材の最も透過率が高い部分は、７５％以上の透過率を有する構成とし、より望ましくは、９０％以上とすることが望ましい。
更に、前記多層膜は反射を低減させる層を有する構成とすることが望ましい。
また、前記透過光量調整手段は、撮影画面に対し、上下方向に傾いている構成を採ることができる。通常のカメラ撮影時、特にビデオカメラのような動画撮影の場合、記録画像を再生して鑑賞するときはＴＶモニターなどで鑑賞する。このときカメラで撮影した上側がモニターの上側と一致する。このとき、前記フィルターで発生するゴーストに最も影響する光源は、太陽光やライトなどが多いが、それらはいずれも確率的に画面の上側に存在する場合が多い。そこで、前記フィルターを上下に傾けることにより撮影画面外に有効に飛ばすことが可能となる。左右に傾けて飛ばすことも可能だが、傾ける角度が大きくなり光学系の大型化を招き好ましくない。
また、前記フィルター自身が光軸に対して斜めに配置されていれば、前記透過光量調整手段の複数の絞り羽根は、光軸に対し垂直に配置していてもよい。
また、本発明においては、上記した本発明の光量調整装置を用いることにより、ゴーストやフレアーの発生が少なく、小型化を図ることが可能となる光学装置（レンズ装置）あるいは撮影装置を実現することが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、光量を減衰させ光の透過率が場所によって異なるフィルター部材を用いる光量調整装置において、フィルター部材の微小な厚み成分の影響による光学性能劣化を低減し、良好な光量調整を行うことが可能となる光量調整装置を実現することができる。
また、本発明の光量調整装置を、撮像素子に像を形成する撮影装置の撮影光学系に用いれば、画素ピッチの小さな撮像素子であっても良好な画像情報を得ることが可能になり、また、前記装置と撮像素子とで発生するゴーストやフレアーを低減したレンズシステムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明の実施形態における光量調整装置（絞り装置）について説明をする。
その説明の前に、まず、透過波面位相差が像に対してどのような影響を与えるかについて説明をしておく。
最初に、絞り開口部の一部を厚みのあるフィルターが覆うと光学的にどのような現象が発生するかについて、図６を用いて説明する。
図６（Ａ）〜（Ｅ）は、無収差の理想レンズＬの前方（物体側）にフィルターＰと開口絞りＳを配置し、波長λの単色光の平面波である平行光線が入射した場合の幾何光学的な結像点Ｉ近傍の点像強度分布Ｑを示している。
【００１１】
図６（Ａ）はフィルターＰが厚みゼロで透過波面に影響を与えていない状態である。この場合、強度分布ＱはＦナンバーＦと光線の波長λの関係による回折像となる（参照：「レンズ設計のための波面光学」草川徹著、東海大学出版会）。絞りＳが円形開口の場合、半径が１．２２Ｆλの１つの点像が結像され、その周りにリング状の弱い光の回折光が形成される。ここで、絞りＳの開口の１／３に相当するフィルターＰの紙面下側の領域に厚みのあるフィルターを挿入させ、図６（Ｂ）に示すように透過波面位相差が（１／４）λに設定すると、強度がほぼ等しい２つの点像が重なったような山が出現する。
【００１２】
更にフィルターを挿入させ５０％にすると、図６（Ｃ）に示すように、強度分布Ｑは紙面内で上下方向に完全に分離した２点の像強度分布になる。これは、幾何光学的な結像点Ｉに集光するべき光のうち、瞳のフィルターが無い部分を通過する光の光量と、フィルターを通過する光の光量が等しくなるためである。
更にフィルターＰを挿入させ７０％にすると、図６（Ｄ）に示すようにフィルターを通過する光量が多くなり、支配的になってくる。その結果、フィルターが無い部分を通過する光の光量が弱まりフィルター通過側の強度が強くなる。
【００１３】
また、更にフィルターＰを完全に挿入すると、図６（Ｅ）に示すように全光量がフィルターを通過するので、透過波面位相差が一致し、かつ、フィルター厚による換算光路長も一致してベストピント位置が同一になる。これにより、強度分布Ｑは再び１つの点像の回折像になり、図６（Ａ）と同様な状態に戻る。
以上のことから、片方の点像強度が強くなる５１％以上にすることが光学性能的に良いことがわかる。
【実施例】
【００１４】
次に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
本発明の実施例１では、上記した本発明の構成を適用して光量調整装置（絞り装置）を構成した。
図１に、本実施例の光量調整装置（絞り装置）の構成を示す。図１において、図１（Ａ）は開放絞り状態、図１（Ｂ）は中間絞り状態、図１（Ｃ）は最小絞り状態を示している。
また、図１において、Ｓ１１，Ｓ１２は絞り開口を形成するための絞り羽根であり、相対的に移動させることによって開口面積を変えることができる。
Ｐ１はＮＤフィルター（フィルター部材）であり、絞り羽根Ｓ１２に貼り付けられ固定されている。したがって、絞り羽根Ｓ１１，Ｓ１２の相対的な移動に伴って、ＮＤフィルターＰ１が開口を覆う面積が変化する。
【００１５】
図２に、本実施例の光量調整装置（絞り装置）の構成要素の一つであるＮＤフィルターの構成を示す。図２において、ＮＤフィルターＰ１は、基板Ｂ１の一方の面に所定の透過率の領域Ｎ２２が形成され、他方の面の一部に領域Ｎ２２とは透過率の異なる領域Ｎ２３が形成されている。したがって、光が領域Ｎ２２のみを通過する場合と、領域Ｎ２２，Ｎ２３の双方を通過する場合とで透過率が異なり、領域Ｎ２２のみを通過する場合の方が透過率が大きくなる。
基板Ｂ１には、セルロースアセテート、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、塩化ビニル、アクリル樹脂等の合成樹脂フィルムが用いられる。合成樹脂フィルムを使用する主な理由は、比重が軽いことと、薄く加工しても割れにくいことによる。ここで、基板Ｂ１の厚みは１００μｍ〜５０μｍ程度とされている。
【００１６】
ＮＤフィルターＰ１の領域Ｎ２２、Ｎ２３は、図２に示すように、フィルム状の基板Ｂ１上に３つの役割をもつ蒸着層を有している。すなわち、透過波面位相差を所定値（｛１±（１／５）｝λ又は｛２±（１／５）｝λ）に設定するためのベースコート層６１、波長によらず均一に透過率を落とすためのＮＤ層６２、表面反射を防止するＡＲコート層６３である。領域Ｎ２１はＮＤ層６２を備えずベースコート６１とＡＲコート層６３のみで構成される。
【００１７】
ベースコート層６１は、基板Ｂ１上にＡｌ2Ｏ3やＳｉＯ2等の基板Ｂ１の屈折率に近い誘電体膜の膜厚を適切に設定し蒸着することで透過波面位相差を所望の値に設定している。透過率を下げるためのＮＤ層６２は多層膜で構成し、波長依存性が少なくなるように設定する。ＮＤ層６２は、所望の透過率（所望の濃度）に設定するため微小な厚さを有しており、これが透過波面位相差の主要因となっている。ベースコート層６１はこれを適切な透過波面位相差に調整するためのものである。そして最終層として表面反射を防止するＡＲコート層６３を蒸着する。ＡＲコート層６３はＭｇＦ2などの誘電体膜を蒸着している。
【００１８】
ＮＤフィルター部Ｐ１を透過する透過波面の様子を図３に示す。図３での各領域Ｎ２２，Ｎ２３は蒸着膜で各透過率を設定している。そして各領域の膜厚及びその材料の屈折率を適宜設定することにより、製造誤差を含めた透過波面位相差が｛１±（１／５）｝λ又は｛２±（１／５）｝λの範囲内になるようにしている。
ここで、微小な厚み成分の影響による光学性能劣化を低減するための適切な透過波面位相差とは、所定の波長λの光の位相差が０λ近傍又は１λ近傍又は２λ近傍である場合を言う。本実施形態では「近傍」の範囲として「±（１／５）λ」を想定しており、「０λ近傍又は１λ近傍又は２λ近傍」を式により表現すると以下のようになる。
｛ｎ±（１／５）｝λ（ｎ＝０，１，２）
光学性能劣化を最も少なくするためには、透過波面位相差を０λ近傍（（１／５）λ以下）に設定するのが望ましい。しかし、透過波面位相差を０λ近傍にするためには、領域Ｎ２２が所定の厚みを持つ以上、そこで生じる透過波面位相差を補正する領域を領域Ｎ２２や領域Ｎ２３の生成工程とは別に設ける必要がある。そこで、本実施形態では、領域Ｎ２３を構成する膜の生成工程の一環として形成可能なベースコート層６１を用いて透過波面位相差が｛１±（１／５）｝λ又は｛２±（１／５）｝λの範囲となるように設定している。
【００１９】
ＮＤフィルターＰ１は、基板Ｂ１の一方の面に減光作用のない領域Ｎ２１と所定の透過率の領域Ｎ２２が設けられ、他方の面に減光作用のない領域Ｎ２１と領域Ｎ２２と同じ透過率の領域Ｎ２３が設けられいる。したがって、光が領域Ｎ２２と領域Ｎ２３を通過する場合に透過率が最も小さく、領域Ｎ２１と領域Ｎ２２を通過する場合に透過率が次に小さく、領域Ｎ２１と領域Ｎ２１を通過する場合に透過率が最も大きくなる。このように本実施例のＮＤフィルターＰ１は、２種類の透過率を有する蒸着ＮＤ膜を組合せ、３種類の透過率（濃度）を設定している。
【００２０】
［実施例２］
本発明の実施例２では、上記実施例１の光量調整装置を適用した光学系を構成した。図４に、本実施例の光学系の構成を示す。
図４において、１０は屈折系、反射系、回折系等によって構成された撮影光学系、１１は光学系１０を通過する光を制限し、明るさを調整する絞り、１２は光学系１０によって形成される被写体像を受光面で受光し電気信号に変換するＣＣＤやＣＭＯＳ等の撮像素子（光電変換素子）である。本実施例において、絞り１１には実施例１で説明した光量調整装置を用いている。
【００２１】
このように、撮影光学系等の光学系の絞りとして、実施例１で説明したような光量調整装置を用いることによって、絞り込んだときのＮＤフィルターの透過波面位相差による影響を少なくして画質の向上を図ることができる。また、画素ピッチの小さな撮像素子を用いることが可能となる。
【００２２】
［実施例３］
本発明の実施例３では、上記実施例２の撮影光学系を適用した撮影装置を構成した。図５に、本実施例の撮影装置の構成を示す。
図５において、２０は撮影装置本体、１０は実施例２で説明した撮影光学系、１１は実施例１の光量調整装置によって構成される絞りである。
また、１２は撮影光学系１０によって形成される被写体像を受光する撮像素子、１３は撮像素子１２が受光した被写体像を記録する記録媒体、１４は被写体像を観察するためのファインダーである。
【００２３】
ファインダー１４としては、光学ファインダーや液晶パネル等の表示素子に表示された被写体像を観察するタイプのファインダーが考えられる。また、不図示の大型液晶パネルを装備して直接パネルを観察してもよい。
このように実施例３で説明した撮影光学系をビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の撮像素子上に被写体像を形成するタイプの撮影装置に適用することにより、ＮＤフィルターの透過波面位相差による影響を少なくして画質の向上を図ることができる。また、画素ピッチの小さな撮像素子を用いることが可能となる。
【００２４】
また、前記透過光量調整手段は、撮影画面に対し、上下方向に傾いていることを特徴としている。通常のカメラ撮影時、特にビデオカメラのような動画撮影の場合、記録画像を再生して鑑賞するときはＴＶモニターなどで鑑賞する。このときカメラで撮影した上側がモニターの上側と一致する。このとき、前記フィルターで発生するゴーストに最も影響する光源は、太陽光やライトなどが多いが、それらはいずれも確率的に画面の上側に存在する場合が多い。そこで、前記フィルターを上下に傾けることにより撮影画面外に有効に飛ばすことが可能となる。左右に傾けて飛ばすことも可能だが、傾ける角度が大きくなり撮影光学系の大型化を招き好ましくない。
このように本発明の構成をビデオカメラ等の光学機器に適用することにより、ゴーストやフレアーの少ない、小型で高い光学性能を有する光学機器が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例１における光量調整装置の構成を示す図である。
【図２】実施例１のＮＤフィルターの構成を示す拡大断面図である。
【図３】実施例１の光量調整装置のＮＤフィルターを透過した波面の位相の様子を示す図である。
【図４】本発明の実施例２における上記実施例１の光量調整装置を適用した光学系の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施例３における上記実施例２の撮影光学系を適用した撮影装置の構成を示す図である。。
【図６】ＮＤフィルターが絞り開口を覆う比率が光学性能へ与える影響を説明するための図である。
【符号の説明】
【００２６】
Ｓ１１，Ｓ１２：絞り羽根
Ｐ１：ＮＤフィルター
Ｂ１：基板
１０：撮影光学系
１１：絞り
１２：撮像素子（光電変換素子）
１３：記録媒体
１４：ファインダー
２０：撮影装置本体
Ｎ２１，Ｎ２２，Ｎ２３：領域
６１：ベースコート層
６２：ＮＤ層
６３：ＡＲコート層
【図１】
2005157197.tif 000003
【図２】
2005157197.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005157197.tif 000006
【図５】
2005157197.tif 000007
【図６】
2005157197.tif 000008